氧化锆基金属复合陶瓷及制备方法、氧化锆生物陶瓷假体及应用技术

本发明专利技术提供了一种氧化锆基金属复合陶瓷及制备方法、氧化锆生物陶瓷假体及应用，涉及生物医用材料技术领域，所述氧化锆基金属复合陶瓷包括如下原料：氧化锆细粉、Zr粉、Nb粉和增韧金属粉，其中，所述增韧金属粉选自Cu粉、Ag粉、Al粉、Mg粉、Ti粉、Ta粉或Ga粉中的至少一种。本发明专利技术提供的氧化锆基金属复合陶瓷通过Zr粉提高Nb粉及增韧金属粉氧化锆陶瓷表面的润湿性，通过Nb粉提高氧化锆陶瓷的生物活性，并通过增韧金属粉与Zr粉及Nb粉协同配合提高氧化锆陶瓷的韧性，使得制备得到的氧化锆基金属复合陶瓷不仅具有优异的韧性和生物活性，而且具有优异的抗水热老化性能，同时稳定性佳，能够有效拓宽氧化锆陶瓷的应用领域。有效拓宽氧化锆陶瓷的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
氧化锆基金属复合陶瓷及制备方法、氧化锆生物陶瓷假体及应用


[0001]本专利技术涉及生物医用材料
，尤其是涉及一种氧化锆基金属复合陶瓷及制备方法、氧化锆生物陶瓷假体及应用。

技术介绍

[0002]氧化锆陶瓷由于具有高温导电性、低的热导率、高强度、良好的热稳定性、耐磨性耐腐蚀性等优点，被广泛应用于固体氧化物燃料电池、功能陶瓷、生物陶瓷、氧传感器、高温隔热材料等领域。
[0003]但是现有的氧化锆陶瓷也存在一定的缺点，例如：氧化锆陶瓷韧性不足、易相变，相变过程会由四方相变为单斜相，导致陶瓷基体产生3～5％的体积膨胀，大大影响氧化锆陶瓷的性能，严重时更会导致陶瓷基体破坏，且陶瓷发生破坏时，会产生应力集中加速相变，因此氧化锆陶瓷的稳定性较差。由于上述缺点的存在，严重限制了氧化锆陶瓷的应用领域，特别是在对力学稳定性、物相稳定性以及抗水热老化性能均有一定要求的医用植入假体领域中，现有氧化锆陶瓷难以满足要求。
[0004]因此，研究开发出一种韧性佳，稳定性强，同时具有优异的抗水热老化性能的氧化锆陶瓷，以满足医用植入假体的性能要求，变得十分必要和迫切。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供采用金属粉增韧氧化锆陶瓷，以提高氧化锆陶瓷的韧性，拓宽氧化锆陶瓷的应用领域。
[0006]本专利技术提供的氧化锆基金属复合陶瓷，包括如下原料：氧化锆细粉、Zr粉、Nb粉和增韧金属粉，其中，所述增韧金属粉选自Cu粉、Ag粉、Al粉、Mg粉、Ti粉、Ta粉或Ga粉中的至少一种。
[0007]进一步的，以氧化锆细粉为重量基准计，所述Zr粉的用量为0.1-10wt％，所述Nb粉的用量为0.1-5wt％，所述增韧金属粉的用量为0.1-8wt％。
[0008]进一步，以氧化锆细粉为重量基准计，所述Zr粉的用量为2-8wt％，所述Nb粉的用量为1-3wt％，所述增韧金属粉的用量为2-6wt％；
[0009]优选地，以氧化锆细粉为重量基准计，所述Zr粉的用量为5wt％，所述Nb粉的用量为3wt％，所述增韧金属粉的用量为5wt％。
[0010]进一步的，所述氧化锆细粉为3Y-TZP；
[0011]优选地，所述氧化锆细粉纯度≥99.9wt％；
[0012]优选地，所述氧化锆细粉粒径≤10μm。
[0013]进一步的，所述Zr粉纯度≥99.9wt％，粒径≤100μm；
[0014]优选地，所述Nb粉纯度≥99.9wt％，粒径≤100μm；
[0015]所述增韧金属粉纯度≥99.9wt％，粒径≤100μm。
[0016]本专利技术的目的之二在于提供上述氧化锆基金属复合陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
[0017]将氧化锆细粉、Zr粉、Nb粉和增韧金属粉混合后，依次进行研磨、喷雾干燥、冷等静压成型、预烧结、高温热等静压烧结和退火处理，得到氧化锆基金属复合陶瓷。
[0018]进一步的，所述冷等静压成型的压力为150-500MPa；
[0019]优选地，预烧结的温度为1150-1550℃，保温时间为1-10h；
[0020]优选地，高温热等静压烧结的温度为1100-1500℃，保温时间为0.5-5h；
[0021]优选地，所述退火处理的温度为800-1200℃，保温时间为0.5-5h。
[0022]进一步的，所述研磨为湿法研磨，研磨时间为10-50h；
[0023]优选地，将氧化锆细粉、Zr粉、Nb粉和增韧金属粉混合并湿法研磨后，得到混合浆料，向所述混合浆料中加入溶剂混合均匀后进行喷雾干燥，得到混合微粒；
[0024]优选地，所述溶剂为水。
[0025]本专利技术的目的之三在于提供一种氧化锆生物陶瓷假体，主要由本专利技术目的之一提供的氧化锆基金属陶瓷制备得到或按照本专利技术目的之二提供的氧化锆基金属复合陶瓷的制备方法制备得到。
[0026]本专利技术的目的之四在于提供的上述氧化锆基金属复合陶瓷或氧化锆生物陶瓷假体在生物医用材料领域的应用。
[0027]本专利技术提供的氧化锆基金属复合陶瓷通过Zr粉提高Nb粉及增韧金属粉在氧化锆陶瓷表面的润湿性，通过Nb粉提高氧化锆陶瓷的生物活性，并通过增韧金属粉与Zr粉及Nb粉协同配合提高氧化锆陶瓷的韧性，使得制备得到的氧化锆基金属复合陶瓷不仅具有优异的韧性和生物活性，而且具有优异的抗水热老化性能，同时稳定性强，能够满足医用植入假体的性能要求，有效拓宽氧化锆陶瓷的应用领域。
[0028]本专利技术提供的氧化锆基金属复合陶瓷的制备方法通过依次采用研磨、喷雾干燥、冷等静压成型、预烧结、高温热等静压烧结以及退火等一系列工艺，使得制备得到的氧化锆基金属复合陶瓷成分均匀，Zr粉、Nb粉和增韧金属粉与氧化锆陶瓷结合牢固，韧性、生物活性、抗水热老化性能以及稳定性显著提高，有效拓宽了氧化锆陶瓷的应用领域。
具体实施方式
[0029]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0030]根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种氧化锆基金属复合陶瓷，包括如下原料：氧化锆细粉、Zr粉、Nb粉和增韧金属粉，其中，所述增韧金属粉选自Cu粉、Ag粉、Al粉、Mg粉、Ti粉、Ta粉或Ga粉中的至少一种。
[0031]上述“至少一种”指的是所述增韧金属粉可以是Cu粉、Ag粉、Al粉、Mg粉、Ti粉、Ta粉或Ga粉中的任意一种金属粉，也可以是Cu粉、Ag粉、Al粉、Mg粉、Ti粉、Ta粉或Ga粉中任意两种或两种以上金属粉的混合物。
[0032]由于陶瓷与金属之间的物理化学性质相差较大，一般的金属无法在氧化锆陶瓷上润湿，故而严重限制了氧化锆基金属复合陶瓷的制备，本专利技术采用Zr粉作为活性金属粉来提高氧化锆陶瓷表面的润湿性能，采用Nb粉来提高氧化锆陶瓷的生物活性，采用增韧金属粉、Zr粉以及Nb粉相互协同来提高氧化锆陶瓷的韧性，使得制备得到的氧化锆基金属复合陶瓷不仅具有优异的韧性和生物活性，而且具有优异的抗水热老化性能，同时稳定性佳，能够满足医用植入假体的性能要求，能够有效拓宽氧化锆陶瓷的应用领域。
[0033]在本专利技术的一种优选实施方式中，所述氧化锆基金属复合陶瓷的原料中，以氧化锆细粉为重量基准计，所述Zr粉的用量为0.1-10wt％，所述Nb粉的用量为0.1-5wt％，所述增韧金属粉的用量为0.1-8wt％。
[0034]典型但非限制性的，Zr粉的用量如为氧化锆细粉重量的0.1wt％、0.2wt％、0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、5wt％、8wt％或10wt％；Zr粉的用量如为氧化锆细粉重量的0.1wt％、0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化锆基金属复合陶瓷，其特征在于，包括如下原料：氧化锆细粉、Zr粉、Nb粉和增韧金属粉，其中，所述增韧金属粉选自Cu粉、Ag粉、Al粉、Mg粉、Ti粉、Ta粉或Ga粉中的至少一种。2.根据权利要求1所述的氧化锆基金属复合陶瓷，其特征在于，以氧化锆细粉为重量基准计，所述Zr粉的用量为0.1-10wt％，所述Nb粉的用量为0.1-5wt％，所述增韧金属粉的用量为0.1-8wt％。3.根据权利要求1所述的氧化锆基金属复合陶瓷，其特征在于，以氧化锆细粉为重量基准计，所述Zr粉的用量为2-8wt％，所述Nb粉的用量为1-3wt％，所述增韧金属粉的用量为2-6wt％；优选地，以氧化锆细粉为重量基准计，所述Zr粉的用量为5wt％，所述Nb粉的用量为3wt％，所述增韧金属粉的用量为5wt％。4.根据权利要求1-3任一项所述的氧化锆基金属复合陶瓷，其特征在于，所述氧化锆细粉为3Y－TZP；优选地，所述氧化锆细粉纯度≥99.9wt％；优选地，所述氧化锆细粉粒径≤10μm。5.根据权利要求1-3任一项所述的氧化锆基金属复合陶瓷，其特征在于，所述Zr粉纯度≥99.9wt％，粒径≤100μm；优选地，所述Nb粉纯度≥99.9wt％，粒径≤100μm；所述增韧金属粉纯度≥99.9wt％，粒径≤100μm。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹玉超，吴梦飞，张云龙，李敏杰，蔚鑫，张纪锋，梁涛，
申请(专利权)人：北京安颂科技有限公司，
类型：发明
国别省市：